Capas de la Atmósfera y Fenómenos Meteorológicos

La troposfera es la capa más baja de la atmósfera, con una altura media de unos 13 km (6-8 km en los polos y hasta 15-18 km en el ecuador). Contiene entre el 75 y el 80 % de la masa total del aire y es donde se producen todos los fenómenos meteorológicos, como nubes, viento y lluvia. La temperatura desciende con la altitud a razón de unos -6,5 °C/km. Termina en la tropopausa, una zona de transición de entre 7 y 17 km donde la temperatura se estabiliza en torno a -60 °C, lo que limita el movimiento vertical del aire. En ocasiones, se presentan inversiones térmicas, fenómenos que afectan a la dispersión de contaminantes.

La Estratosfera y la Mesosfera

Sobre la troposfera se encuentra la estratosfera, que se extiende hasta los 50 km. En esta capa, la temperatura aumenta con la altitud debido a la presencia de la capa de ozono (entre 25 y 30 km), la cual absorbe la radiación ultravioleta. La estratosfera contiene escaso vapor de agua y aerosoles. Aunque los movimientos verticales son insignificantes, existen vientos horizontales intensos (aproximadamente 200 km/h) que dispersan rápidamente cualquier contaminante. Finaliza en la estratopausa, donde la temperatura oscila entre 0 °C y 10 °C.

A continuación, la mesosfera se extiende hasta los 80 km. En ella, la temperatura vuelve a descender hasta alcanzar unos -80 °C. Esta capa carece de vapor de agua y ozono. Su parte superior, la mesopausa, marca el límite entre la homosfera (donde los gases están bien mezclados) y la heterosfera, donde los gases se separan según su peso molecular.

Termosfera y Exosfera

La termosfera, que abarca desde unos 80 hasta 500 km, está compuesta por gases ionizados (plasma). Estos gases absorben radiación gamma, X y ultravioleta, provocando un aumento brusco de la temperatura con la altitud, pudiendo alcanzar hasta 2000 °C durante máximos solares. En esta capa, la convección es inexistente, predominando la difusión.

Finalmente, la exosfera es la capa más externa, extendiéndose desde los 600 hasta los 10.000 km. Es una capa muy tenue que forma parte de la magnetosfera y actúa como región de escape para gases ligeros como el hidrógeno y el helio hacia el espacio exterior.

Fenómenos de Condensación: Nieblas y Nubes

Clasificación de las Nieblas

Las nieblas se clasifican según su origen:

• Nieblas por evaporación: Ocurren cuando el aire seco se humedece al pasar sobre superficies más cálidas. Incluyen:
  • Niebla por advección de aire frío: Se forma al moverse aire frío sobre agua más caliente.
  • Niebla frontal: Causada por lluvia que satura aire más frío y seco.
• Nieblas por enfriamiento: Se forman cuando el aire húmedo se enfría hasta el punto de rocío. Esto puede deberse a:
  • Advección de aire cálido sobre una superficie fría.
  • Enfriamiento radiativo nocturno en noches despejadas y sin viento.
• Nieblas por ascenso orográfico: Se producen cuando el aire húmedo asciende por una ladera y se enfría al expandirse.
• Nieblas por mezcla: Surgen al combinarse masas de aire con distinta temperatura y humedad que, al unirse, alcanzan la saturación.

Formación y Clasificación de las Nubes

Las nubes se forman, al igual que las nieblas, por el enfriamiento de una masa de aire. Sin embargo, a diferencia de las nieblas, se desarrollan en altura debido a la expansión adiabática durante el ascenso. Este ascenso puede ser:

• Convectivo: El aire caliente asciende por su menor densidad.
• Frontal: Una masa de aire es forzada a subir al chocar con otra.
• Orografico: El aire asciende al encontrar una montaña.

Según su altitud, las nubes se clasifican en:

• Nubes bajas (menos de 2.000 m): Compuestas principalmente por gotas de agua. Incluyen cúmulos (Cu), estratocúmulos (Sc), estratos (St) y nimboestratos (Ns).
• Nubes medias (entre 2 y 6 km): Contienen una mezcla de gotas y cristales de hielo. Incluyen altocúmulos (Ac) y altoestratos (As).
• Nubes altas (por encima de 6 km): Compuestas por cristales de hielo. Se agrupan en cirros (Ci), cirrocúmulos (Cc) y cirroestratos (Cs).
• Nubes de desarrollo vertical: Pueden extenderse desde niveles bajos hasta más de 15-20 km. Incluyen cúmulos (Cu) y cumulonimbos (Cb), siendo estos últimos los responsables de tormentas intensas.

Dinámica Atmosférica: Movimiento del Aire y Patrones de Circulación

Fuerzas que Controlan el Movimiento del Aire

El movimiento del aire está controlado por tres fuerzas principales:

• Fuerza del gradiente de presión: Actúa del aire más frío al más caliente, tanto vertical como horizontalmente.
• Fuerza de Coriolis: Actúa solo horizontalmente, modificando la dirección del viento (desvía a la derecha en el hemisferio norte, es nula en el ecuador y aumenta hacia los polos). Su efecto es mayor cuanto mayor es la velocidad del viento.
• Fuerza de rozamiento: Actúa horizontalmente y es más intensa cerca de la superficie terrestre.

La interacción de estas fuerzas genera convergencia en bajas presiones (donde el aire asciende) y divergencia en altas presiones (donde el aire desciende). Cuando la fuerza de Coriolis equilibra la fuerza del gradiente de presión, el viento resultante se denomina viento geostrófico, el cual fluye paralelo a isobaras rectas. Si las isobaras son curvas, se genera el viento del gradiente, que incluye una aceleración centrípeta hacia el centro de la curvatura.

Ciclones y Anticiclones

• En un ciclón (baja presión), el aire gira en sentido antihorario en el hemisferio norte. La fuerza de Coriolis apunta hacia fuera, y el viento es subgeostrófico (la fuerza del gradiente es mayor que la de Coriolis).
• En un anticiclón (alta presión), el aire gira en sentido horario en el hemisferio norte. La fuerza de Coriolis apunta hacia dentro, y el viento es súper-geostrófico (la fuerza del gradiente es menor que la de Coriolis).

Circulación General de la Atmósfera: El Modelo de Tres Celdas

El modelo de tres celdas por hemisferio explica la circulación general de la atmósfera, impulsada por el desigual calentamiento entre el ecuador y los polos:

• Celda de Hadley (0°–30°): El aire cálido asciende en el ecuador (zona de baja presión y fuertes lluvias, la Zona de Convergencia Intertropical – ITCZ). En altura, se desplaza hacia los 30°, donde desciende (alta presión y tiempo seco), generando los alisios en superficie.
• Celda polar (60°–90°): El aire frío desciende en los polos y fluye hacia los 60°, donde asciende al encontrarse con masas de aire más cálidas. Forma los vientos polares del este.
• Celda de Ferrel (30°–60°): Es una celda dinámica, no térmica, formada por el arrastre de las otras dos. Presenta una circulación inversa y genera los vientos del oeste en superficie.

Este modelo explica los cinturones de presión (bajas presiones en el ecuador y 60°, altas presiones en 30° y polos) y los patrones globales de viento. Sin embargo, existen factores que modifican este modelo ideal:

• La Tierra no es simétrica, lisa y estática; existen continentes y océanos con distinto comportamiento térmico.
• Las estaciones del año influyen en la distribución de la radiación solar.
• Se producen desplazamientos estacionales de la ITCZ y el frente polar.
• Los cinturones de presión no son uniformes, sino que se fragmentan en ciclones y anticiclones móviles.
• Los sistemas de presión varían según la época del año, como los monzones en Asia o el anticiclón de las Azores en verano.

Variabilidad Climática: ENSO y Frentes Meteorológicos

El Fenómeno ENSO (El Niño–Oscilación del Sur)

El ENSO es una interacción atmósfera-océano en el Pacífico ecuatorial que altera el clima global. Se manifiesta en dos fases principales:

• El Niño: Los vientos alisios se debilitan o invierten. Las aguas cálidas del Pacífico occidental se desplazan hacia el este, calentando la costa de Sudamérica. Esto frena la surgencia de aguas frías y reduce la pesca, provocando lluvias intensas en Sudamérica y sequías en Asia y Australia.
• La Niña: Los alisios se refuerzan, intensificando la acumulación de aguas cálidas en el oeste del Pacífico y aumentando la surgencia de aguas frías en el este. Los efectos son contrarios a El Niño: más lluvias en Asia y más sequía en Sudamérica.

La componente «Oscilación del Sur» se refiere a las variaciones de presión atmosférica entre Tahití y Darwin. El índice (SOI) se utiliza para identificar la fase ENSO. Este fenómeno tiene un impacto global, alterando patrones de precipitación, temperaturas y circulación atmosférica, y está asociado a eventos extremos como huracanes, incendios o inundaciones.

Tipos de Frentes Meteorológicos

Los frentes son zonas de contacto entre masas de aire con diferente temperatura:

• Frente frío: Una masa de aire frío avanza y empuja al aire cálido, forzándolo a ascender rápidamente por una pendiente pronunciada. Genera nubosidad cumuliforme de gran desarrollo vertical, con tormentas y lluvias intensas.
• Frente cálido: El aire cálido avanza y se desliza lentamente sobre una masa de aire frío, por una pendiente muy suave (hasta 1000 km). Produce nubosidad estratiforme en capas y precipitaciones suaves pero extensas.
• Frente ocluido: Ocurre cuando un frente frío alcanza a uno cálido, elevando el aire caliente entre ambas masas frías. Puede ser frío o cálido según la temperatura relativa de las masas frías. Se asocia a nubes estratiformes y cumuliformes, con precipitación creciente.
• Frente estacionario: Se forma cuando dos masas de aire quedan inmóviles o con fuerzas similares. El aire cálido asciende suavemente, generando nubosidad estratiforme persistente y precipitaciones continuas. Este tipo de frente puede evolucionar a un frente frío o cálido, que posteriormente podría ocluirse.

Ciclo de Vida de las Borrascas Extratropicales

Las borrascas ondulatorias o extratropicales son grandes depresiones frontales causadas por la inestabilidad del frente polar, que separa masas de aire muy diferentes. Su ciclo de vida dura entre 4 y 7 días e incluye varias fases:

1. Fase de desarrollo: El frente frío avanza y alcanza al cálido desde el centro de bajas presiones.
2. Fase de madurez: La masa de aire cálido se eleva, quedando en altura.
3. Fase de oclusión: La borrasca se transforma en un torbellino de aire frío en superficie que se desplaza hacia el oeste.
4. Fase de disipación: La borrasca pierde energía y se disipa, restableciéndose el frente polar.

Tras la oclusión, suelen formarse nuevas borrascas por detrás, conocidas como familia de borrascas, que se desplazan progresivamente más al sur, acercándose a las altas presiones subtropicales.